Khi giảm chấn làm việc có những trường hợp sau: Trường hợp van trả nhẹ;
Trường hợp van trả mạnh; Trường hợp van nén nhẹ; Trường hợp van nén mạnh.
Ta có phương trình Bécnuli cho toàn dòng chất lỏng thực (tại mặt cắt 1-1 và 2- 2) không nén được, lực khối là trọng lực (trục oz hướng lên trên)
2 2 1 1 1 2 2 2 1 2 1 2 2 2 w p v p v z z h g g Trong đó: z: độ cao hình học của chất lỏng(m); p: áp suất(N);
: trọng lượng riêng của chất lỏng(N/m3). Dầu =9000(N/m3); v: vận tốc trung bình dòng chất lỏng tại mặt cắt(m/s);
g: gia tốc trọng trường(g=9,8m/s2);
: hệ số hiệu chỉnh động năng, phụ thuộc chế độ chảy; =2: chảy tầng
=1: chảy rối
hw1-2: tổn thất năng lượng trung bình (thế năng) dọc theo dòng chảy.
Mặt cắt 1-1 là mặt cắt của dòng chất lỏng trong piston. Như vậy vận tốc dòng chất lỏng tại mặt cắt 1-1 chính là vận tốc tương đối của piston và xylanh. Mặt cắt 2-2 là mặt cắt của dòng chất lỏng tại đầu ra của lỗ van. Hiệu độ cao hình học z giữa hai mặt cắt là rất nhỏ (bằng chiều cao lỗ) nên ta bỏ qua đại lượng này khi tính toán. Chất lỏng chuyển động trong lỗ van ở chế độ chảy rối do đó hệ số =1. Tổn thất năng lượng trung bình dọc theo dòng chảy hw1-2 chính là đại lượng biến năng lượng chuyển động của dòng chất lỏng thành nhiệt năng do ma sát của
khi tính toán giảm chấn, tổn thất năng lượng sẽ được đặc trưng bởi hệ số dập tắt dao động của giảm chấn, nghĩa là vế phải của phương trình Bécnuli sẽ không có đại lượng hw1-2 mà thay vào đó là hệ số tắt chấn (theo phần trên =0,2).
Phương trình Bécnuli trở thành: 2 2 1 1 2 2 1 2 ( ).(1 0, 2) 2 2 p v p v z z g g 2 2 1 1 2 2 1 2 ( ).0,8 2 2 p v p v z z g g
Như vậy vận tốc của dòng chất lỏng qua van được xác định theo công thức: 2 1 2 2 1 (0,8. ).2 0,8. p p g v v
Trong công thức trên, v1 và p2 rất nhỏ nên bỏ qua. Vận tốc của dòng chất lỏng qua van được tính xấp xỉ theo biểu thức sau:
2
0,8. .2p g
v
Lưu lượng chất lỏng qua van trong một đơn vị thời gian được xác định theo công thức:
Q=Fv=fv..v2=fv..
0,8. .2p g
(1)
Trong đó:
Q: lưu lượng chất lỏng qua van;
F: diện tích tiết diện cắt ngang của dòng chất lỏng; v: vận tốc trung bình của dòng chất lỏng tại mặt cắt; fv: tổng diện tích các lỗ van;
: hệ số tổn thất lưu lượng của lỗ do dòng chảy bị đột thu, đột mở. Hệ số tổn thất lưu lượng trung bình =0,5.
Chất lỏng tiêu tốn trong một đơn vị thời gian được xác định theo công thức: Q=F.v (2)
Q: lưu lượng mà piston đẩy đi trong một đơn vị thời gian; F: diện tich làm việc hiệu dụng của piston;
v1: vận tốc dịch chuyển tương đối của piston và xilanh.
Vì lượng chất lỏng mà piston đẩy đi bằng lưu lượng chất lỏng qua van nên Q=Q’. Từ (1) và (2) ta có phương trình: Fv1=fv.. 0,75. .2p g 2.6.3 Xác định kích thước van trả • Xác định kích thước van trả nhẹ Tổng diện tích van trả nhẹ: vtn f t 1 vtn F .v f p.2.g t 1 vtn F .v f p.2.g
- Ft diện tích làm việc hiệu dụng của piston ở hành trình trả: Ft= 2 2 p t (d d ) 4 Trong đó: dp: đường kính piston dp=0,055(m); dt: đường kính thanh đẩy 0,015 (m).
Ft=2,19.10-3(m2) - Lực cản của giảm chấn trong hành trình trả nhẹ:
Ztn=Kt.v Trong đó:
Kt: hệ số cản trong hành trình trả nhẹ. Kt=21789(N/m/s) v: vận tốc tương đối piston và xilanh.v=0,3(m/s)
Ztn=21879.0,3=6564(N). Độ chênh áp suất của dòng chất lỏng là
Thay số ta có tổng diện tích van trả nhẹ Chọn số lỗ van trả nhẹ là 4 lỗ.
Đường kính một lỗ là:
Xác định kích thước van trả mạnh.
Van trả mạnh làm việc khi vận tốc piston v>0,3(m/s). Khi xe làm việc ở điều kiện đường xá gồ ghề, mặt đường xấu, lúc này lực kích động mặt đường lớn giảm chấn làm việc ở chế độ tải nặng làm giảm chấn bị kéo ra rất mạnh, lúc này áp suất dầu tăng một cách đột ngột. Với vận tốc v>0,3(m/s) thì chất lỏng lúc này có áp suất rất cao làm mở hết các van trả, tức là diện tích lưu thông là tối đa và ở vận tốc trên thì tiết diện lưu thông là không đổi vì nó không thể mở rộng hơn được nữa, như thế diện tích lưu thông là hằng số.
Giai đoạn van trả mạnh bắt đầu mở đến khi mở hoàn toàn là giai đoạn chuyển tiếp hay giai đoạn quá độ. Giai đoạn này xảy ra ở thời gian rất nhỏ, vì vậy ta bỏ qua không xét đến giai đoạn này.
Từ công thức (3.b.3) suy ra tổng diện tích van trả: t 1 v F .v f p.2.g Trong đó: v f : Tổng diện tích lỗ van trả nhẹ và trả mạnh. Lực cản trong hành trình trả mạnh:
Ztm=Ztn+k.Kt.(v2-v1) Trong đó:
Ztn: lực cản trong hành trình trả nhẹ. Ztn=6564 (N); k: hệ số kể đến sự gia tăng về vận tốc:k=0,6;
Kt: hệ số cản trong hành trình trả . Kt=21879 (Ns/m);
v1: vận tốc tương đối piston và xilanh khi trả nhẹ.v1=0,3(m/s);
v2: vận tốc tương đối piston và xilanh khi trả mạnh. Xét tại vận tốc v2=0,5(m/s).
Ztm=6564 +0,6.21879.(0,5-0,3) = 9189,5(N).
Độ chênh áp suất của dòng chất lỏng là:
Thay số ta có tổng diện tích van trả:
Vậy tổng diện tích lỗ van trả mạnh là:
vtm v vtn f f f =2,6.10-5 – 1,9.10-5=0,7.10-5(m2) Chọn số lỗ van trả mạnh là 4 lỗ. Đường kính một lỗ là: 2.6.4 Xác định kích thước van nén Xác định kích thước van nén nhẹ
Van nén nhẹ làm việc một mình khi vận tốc v0,3(m/s).
Tổng diện tích van nén nhẹ: n 1 vnn F .v f p.2.g
- Diện tích làm việc hiệu dụng của piston ở hành trình nén: Fn= 2 p d 4 Trong đó: dp: đường kính piston. dp=0,055(m)
Fn=2,4.10-3(m2)
- Lực cản của giảm chấn trong hành trình nén nhẹ: Znn=Kn.v
Trong đó:
Kn: hệ số cản trong hành trình nén nhẹ. Kn=7293(Ns/m); v: vận tốc tương đối piston và xilanh.v=0,3(m/s).
Znn=7293.0,3=2188(N)
- Độ chênh áp suất của dòng chất lỏng là : Thay số ta có tổng diện tích van nén nhẹ: Chọn số lỗ van nén nhẹ là 4 lỗ.
Đường kính một lỗ là:
Xác định kích thước van nén mạnh
Van nén mạnh làm việc khi vận tốc piston v>0,3(m/s).
Tổng diện tích van nén: n 1 v F .v f p.2.g Trong đó: fv : Tổng diện tích lỗ van nén nhẹ và nén mạnh. Lực cản trong hành trình nén mạnh:
Lực cản trong trường hợp nén mạnh bằng lực cản trong hành trình nén nhẹ cộng thêm một lượng do sự gia tăng về diện tích và nó bằng:
Znm=Znn+k.Kn.(v2-v1) Trong đó:
Znn: lực cản trong hành trình nén nhẹ. Znn=2188 (N); k: hệ số kể đến sự gia tăng về vận tốc.k=0,6;
v1: vận tốc tương đối piston và xilanh khi nén nhẹ.v1=0,3(m/s);
v2: vận tốc tương đối piston và xilanh khi nén mạnh. Xét tại vận tốc v2=0,5(m/s).
Znm=2188 + 0,6.7293.(0,5 – 0,3) = 3063 (N).
Độ chênh áp suất của dòng chất lỏng là:
Thay số ta có tổng diện tích van nén:
Vậy tổng diện tích lỗ van nén mạnh là:
vnm v vnn
f f f
=5.10-5 –3,6.10-5=1,4.10-5(m2) Chọn số lỗ van nén mạnh là 4 lỗ.
Đường kính một lỗ là:
Vậy van nén mạnh có 4 lỗ đường kính một lỗ là d= 2.10 (m).
2.6.5 Kiểm tra điều kiện bền
Kiểm tra điều kiện bền của đường kính thanh đẩy:
Kiểm tra điều kiện bền của đường kính thanh đẩy dưới tải trọng lớn nhất tác dụng lên bánh xe. Khi làm việc bánh xe chịu tác động của tải trọng động, giá trị lớn nhất của tải trọng động bằng khoảng hai lần tải trọng tĩnh,do có 2 giảm chấn trên 1 hệ treo, như vậy tải trọng động bằng:
Zđmax =2.Zbx /2=2.80000/2=80000(N).
Ứng suất kéo (nén) lớn nhất sinh ra trong thanh đẩy:
Chọn vật liệu làm thanh đẩy là thép 45 có []=6.108(N/m2)
Ứng suất lớn nhất sinh ra trong thanh đẩy nhỏ hơn ứng suất cho phép của vật liệu. Như vậy thanh đẩy giảm chấn đảm bảo điều kiện bền.
2.6.6 Xác định một số chi tiết khác của giảm chấn lò xoa Lò xo van nén mạnh: a Lò xo van nén mạnh:
Van có kết cấu như hình vẽ:
Hình 2.31 Van nén
- Lực tác dụng lên lò xo van khi van bắt đầu mở: P1 = 4(D D )P 2 4 2 3 Trong đó:
P: áp suất chất lỏng ở cuối thời kỳ nén nhẹ D3, D4: Các kích thước như trên hình vẽ; D3 = 27mm, D4 = 22mm.
- Lực tác dụng lên lò xo van khi van mở hoàn toàn: P2 = 4 (D D )Pn 2 4 2 3 Trong đó:
Pn - áp suất chất lỏng ở cuối thời kỳ nén mạnh với Vnm = 0,5m/s
- Ứng suất trong lò xo được tính theo công thức: 8DP
Trong đó:
D: Đường kính vòng trung bình của vòng lò xo, D = 27 mm; D : Đường kính dây lò xo ;
P2: Lực tác dụng lên lò xo khi van mở hoàn toàn; 3 2 ] [ 8 DP d
- Ứng suất cho phép của vật liệu làm lò xo, [] = 500 700 MN/m2. Chọn [] = 700 MN/m2.
,chọn d = 3mm=0.003m
- Chọn số vòng làm việc n=4 vòng
- Chiều dài của lò xo khi van mở hoàn toàn được xác định như sau: Hm = n.d + .n0 = 4.3 + 1.5 =18 mm =0.018m
Trong đó:
: Khoảng cách giữa các vòng dây, = 1 mm
n0: Số vòng toàn bộ của lò xo, n0 = n+1 = 4 +1 = 5vòng - Chiều dài của lò xo khi van ở trạng thái đóng:
Hd = Hm + h =18 + 1,5 = 18,5mm = 0.0185m
Dịch chuyển h của van giảm tải (khi mở hoàn toàn) được xác định theo công thức: h=1-1,5 mm, chọn h= 0,0015 m
- Chiều dài của lò xo ở trạng thái tự do:
Htd = Hd + = 18,5+0,3 =18,8 mm = 0,0188m Trong đó:
: Biến dạng của lò xo ở trạng thái van mở; =
C là độ cứng của lò xo được tính như sau: - Bước của lò xo:
Lò xo van trả mạnh:
Van có kết cấu như hình vẽ:
Hình 2.32 Van trả
- Lực tác dụng lên lò xo van khi van bắt đầu mở: P1 = 4(D D )P 2 4 2 3 Trong đó:
P : áp suất chất lỏng ở cuối thời kỳ trả nhẹ D3, D4: Các kích thước như trên hình vẽ; D3 = 28 mm, D4 = 23mm
- Lực tác dụng lên lò xo van khi van mở hoàn toàn: P2 = 4 (D D )Pn 2 4 2 3 Trong đó:
Pn: áp suất chất lỏng ở cuối thời kỳ trả mạnh với Vnm = 0,5 m/s, =>
- Ứng suất trong lò xo được tính theo công thức: 3 2 8 d DP
D: Đường kính vòng trung bình của vòng lò xo, D = 27 mm; D : Đường kính dây lò xo ;
P2: Lực tác dụng lên lò xo khi van mở hoàn toàn. 3 2 ] [ 8 DP d
- Ứng suất cho phép của vật liệu làm lò xo, [] = 500 700 MN/m2. Chọn [] = 700 MN/m2.
Chọn d = 5 mm. Chọn n = 4 vòng.
- Chiều dài của lò xo khi van mở hoàn toàn được xác định như sau: Hm = n.d + .n0 = 4.5 + 1.5 =25mm=0,025m
Trong đó:
: Khoảng cách giữa các vòng dây, = 1 mm.
n0: Số vòng toàn bộ của lò xo, n0 = n+1 = 4 +1 = 5 vòng. - Chiều dài của lò xo khi van ở trạng thái đóng:
Hd = Hm + h = 25 + 1,5 = 26,5 mm=0,0265m - Chiều dài của lò xo ở trạng thái tự do:
Htd = Hd + = 26,5 + 0,1 =26,6 mm=0,0266m Trong đó:
: Biến dạng của lò xo ở trạng thái van mở; =
- Bước của lò xo:
Nhỏ hơn ứng suất cho phép: 700(MN m/ 2) Vậy thỏa mãn điều kiện bền.
CHƯƠNG 3. MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TREO SAU 3.1 Giới thiệu về Carsim
Mô phỏng ô tô bằng phần mềm không còn xa lạ đối với ngành ô tô nói riêng và các ngành công nghiệp cơ khí nói chung. Phần mềm Carsim cung cấp những giải pháp để giúp người dùng mô phỏng hóa bài toán mà thực tế đưa ra. Nghiên cứu này trình bày cách thức sử dụng phần mềm cơ bản từ thiết lập cơ sở dữ liệu mẫu đến cách thức lập một bài toán mô phỏng cơ bản, bao gồm: mô phỏng ô tô khi thay đổi dải tốc độ và mô phỏng ô tô khi có mặt của tải trọng. Phần mềm có thể xuất ra được dữ liệu ra dưới dạng video chuyển động và dạng đồ thị để thuận lợi trong quá trình phân tích
3.2 Sử Dụng Carsim Kiểm Nghiệm Tính Toán Cho Xe Bán Mooc
Hình 3.34 Giao diện phần mềm
Để bắt đầu bất cứ một bài toán nào cũng phải trải qua các bước nhập dữ liệu đầu vào, bắt đầu tính toán và kết xuất dữ liệu đầu ra. Dữ liệu đầu vào mà phần mềm Carsim yêu cầu chính là những mô hình ô tô, thông số kết cấu và các tình trạng ngoại cảnh tác động lên nó. Để thuận tiện cho quá trình này, phần mềm đã tích hợp một kho lưu trữ đầy đủ các chủng loại xe trên thực tế để người sử dụng có thể nhanh chóng đưa và mô phỏng. Sau khi đã thiết lập đầy đủ các điều kiện phần mềm sẽ tính toán và sau đó là đưa ra kết quả tính toán
Carsim sẽ bắt đầu với một cửa sổ có tên là CarSim Run Control. Chọn mục menu File. Sau đó chọn continue. Cửa sổ chuyển hướng tập tin Windows sẽ xuất hiện. Điều hướng đến CarSim80_Progfolder cài đặt trên máy tính của bạn (thường là C: \ Program Files) và tiếp tục vào Resources \ Import_Examples để tìm tập tin Quick_Start.cpar. Chọn tập tin này và nhấn vào nút Load
Sau khi xuất hiện định dạng như hình trên, ở phần Test Specifications sẻ là phần ta lựa chọn dòng xe và hệ thống chúng ta cần mô phỏng.)
3.3 Kết Quả Nghiên Cứu / Tính Toán / Mô Phỏng Và Thảo Luận
Kết quả mô phỏng cho thấy, mô hình trực quan, bao gồm phương tiện, mặt đường, khối tải trọng và điều quan tâm nhất là những mũi tên biểu thị các lực tác dụng lên bánh xe khi ô tô chuyển động, chính những lực này đã chi phối quá trình chuyển động của xe. Bao gồm lực từ mặt đường tác dụng lên bánh xe và lực tác dụng theo phương ngang lên bánh xe, lực này biểu thị rõ nhất khi phương tiện bẻ lái. Khi cho chạy video, thì đồng thời những lực tác dụng lên xe cũng sẽ thay đổi và mô phỏng được tương đối như quá trình xe chạy ngoài thực tế. Tiếp theo, là đưa ra các đồ thị cụ thể cho tình trạng hoạt động của xe, như lực tác dụng lên các bánh xe tại các thời điểm, hay tốc độ động cơ… Những dữ liệu này rất có ý nghĩa trong quá trình tính toán. Sẽ là những con số cụ thể để thực hiện tính toán. Những kết quả mô phỏng sẽ phụ thuộc vào những dữ liệu đầu vào, những thông số đầu vào khác nhau sẽ cho ra các kết quả khác nhau.
Hình 3.39 Đồ thị thể hiện độ nén lên hệ thống treo